基于ARCGIS平台采用层次分析的综合指数法地质灾害易发性评价
——以泰和县为例
2022-09-22陈祚伟
陈祚伟
(江西省地质局第三地质大队 江西九江 332000)
泰和县地处吉泰盆地中部,县域地势总体为东部和西部高、中部低,地形以低山、丘陵为主,面积1789.07km2,占全县总面积的67.12%,县域内地层岩性复杂,岩土体工程力学性质较差,断层褶皱等地质构造较发育,区内降雨集中,切坡筑路、切坡建房、矿山开采、水利水电建设等人类工程活动强烈[1]。受上述因素的综合影响,导致区内环境地质问题较严重。地质灾害类型主要为滑坡、崩塌、地面塌陷,存在滑坡隐患和崩塌隐患,已成为赣中地质灾害高易发县之一,每年因地质灾害造成的经济损失较严重。
1 评价原则与方法
1.1 评价原则
工作区内自然地质环境条件复杂,切坡建房、工程建设等人类活动差异大,导致地质灾害造成的影响和危害方式存在一定差异性。为此,在充分认识区内孕灾地质环境条件和地质灾害形成机理的基础上,进行地质灾害易发性评价时,需首先遵循以反映该区地质灾害分布规律与成因机理为主,并且在突出重要诱发因素的原则下,围绕“以人为本”的基本原则,同时,应兼顾为地质灾害防灾减灾服务的原则,以及对全区进行综合性评价与分析等5 个评价原则[2-3]。通过对区内已查明的灾害与之灾害成因进行关联性分析,总结地质灾害发育特征及分布规律,选择适当的定量孕灾因子指标,体现地质灾害孕灾地质环境条件,再采取分析类比法,定性分析区内地质灾害易发程度,最终采用定性、定量结合进行地质灾害易发性评价。
1.2 评价方法
由于地质灾害的孕灾因素很多,既包括孕灾体的地质作用,也包括外部降雨等诱发作用,还会受到人类工程活动的影响,因此地质灾害易发程度分区评价是一个复杂的多元评价系统。本次运用地质灾害综合危险性指数法对地质灾害易发性评价,评价流程如图1所示,总体思路如下。
图1 地质灾害易发评价流程图
(1)首先,确定控制和影响地质灾害发生的主要孕灾因素,以专家定性打分的评价方法,确定各种孕灾因素的权重。
(2)将研究区整体进行单元网格化,然后将每个单元内地质灾害影响因素进行分类定性评价,根据所等的定性评价结果,采用重分类对每个单元进行量化。
(3)将量化后的每个单元格在GIS 平台上进行各类地质灾害信息量叠加分析。同时,根据个别影响因子进行合理的修正,最终得出较为合理的易发性评价分区结果。
2 评价模型的建立与影响因子选取
2.1 评价单元网格划分
根据泰和县的孕灾地质环境条件与地质灾害分布发育特征,采用1cm×1cm(实际大小500m×500m)规则化单元方格进行网格化地质灾害易发性评价,全县共划分出11 187个计算单元格,其中,有灾害点的单元格数为1289个。
2.2 分析计算方法
地质灾害综合危险性指数的计算方法:
式中:Z表示地质灾害综合指数;Zq表示孕灾条件强度指数;r1表示孕灾条件强度权值,取值0.65;Zx表示现状地质灾害发育强度指数;r2表示现状地质灾害发育强度权值,取值0.35。
2.3 孕灾地质环境条件强度指数计算
地质灾害孕灾地质环境条件强度指数(Zq)按以下公式计算:
式中,Ti分别为控制评价单元地质灾害孕灾地质条件(D)、地形地貌条件(X)、人类工程活动条件(R)的强度表征值,Ai分别为各孕灾地质环境条件的权重值。
2.3.1 孕灾因素的确定
根据泰和县地质灾害的分布特征与发育规律,确定其基本孕灾条件因子有微地貌地形坡度、地貌类型、工程地质岩组、地质构造等;诱发因素有大气降雨、地震、孕灾的人类工程活动等[4-5]。因全区位于地震烈度小于Ⅵ度区内,大气降雨则具有随机性、变动性及不确定性等因素,故本次评价将降雨、地震两项因素予以剔除。
2.3.2 评价孕灾因子权重的确定
Ai分别为各孕灾条件的权重值,孕灾因子有工程地质条件(G)、地形地貌条件(D)和人类工程活动条件(R),然后,采用层次分析法,确定各个孕灾因子的权重。
首先,建立准则层各要素,即工程地质条件、地形地貌条件、人类工程活动条件对目标层的判别矩阵A。
计算该矩阵中各要素的特征向量并进行归一化处理后,得到各评价因子对孕灾地质条件强度指数的权重向量,通过计算,得到权重向量Ab值,与其对应的CI、CR值,再通过一致性检验,得出判断矩阵A为有效。
在构建A矩阵后,再分别进行构建底层要素矩阵B,各要素要求一一对应并归一化处理后,分别得出底层要素权重向量BG、D、R,因人类工程活动只进行范围影响分析,单独为1个因素。
在得到权重A、B后,自上而下将单准则下的权重进行计算,得到底层中工程地质岩组类型、地质构造等各孕灾因子对应的强度指数权重Ai。
2.3.3 致灾因素的指数化
对每一个含有已发生地质灾害的评价单元网格内的各类致灾地质环境条件因素,按照各自的影响程度赋以与之相匹配的权重,并对每类致灾因素进行分级赋相应值,将致灾因素权重值与相应的分级值作乘法计算,从而得出各孕灾因素相应对应的指数值,再利用ARCGIS,将各因素的指数值进行叠加分析,得出致灾强度指数,从而判断出评价单元或该区域地质灾害发生的易发性[6]。各孕灾因子权重及分级评分值见表1。
表1 各评价因子权重与分级赋值一览表
采用ARCGIS 软件分区统计工具对网格区的各评价因子进行属性赋值,然后,通过对属性要素加权叠加计算,得出各网格区的Zq值,Zq值分布范围为0.9553~6.3436,Zq值主要集中分布在1.5~4.5。
2.4 现状地质灾害强度指数计算
现状地质灾害强度指数(Zx)可以用已发生地质灾害点归一化处理后的点密度、面密度及体积密度,利用ARCGIS密度分析求得。
首先,将灾害点进行归一化处理并得出灾害点数密度的系数,即每个单元网格内地质灾害个数与整个评价区内的灾害点个数之间的比值,同理求出灾害点面密度系数与体积密度系数。经密度分析计算,得出网格内有值的为1289个网格,占网格总数的11.52%,Zx值分布在0~180,单元格内Zx值主要集中分布在0~20。
2.5 地质灾害综合危险性指数
根据各单元的工程地质条件、地形地貌及人类工程活动等孕灾地质环境条件,利用ARCGIS 中的空间分析功能,取得各评价单元网格内的孕灾地质条件强度指数与现状地质灾害致灾强度指数[7],根据公式Z=Zq·0.65+Zx·0.35,将各强度指数进行叠加换算,从而获得各评价单元网格内地质灾害综合危险性指数(Z值),Z=0.0004~179.7895(统计时排除了Z>15的值,统计网格为11 058个),最终得出Z值集中分布在0.55~3.98 之间,一共有9763 个单元网格,占统计网格数的88.29%。
依据地质灾害综合危险性指数Z值分布特征及曲率图,取主要拐点相对于的值,再根据各取值范围一一对应地质灾害易发性等级,从而得出各地质灾害易发性等级区间值。经过曲率分析,主要拐点分别为:<0.9424、0.9424~1.3451、1.3451~1.8702、>1.8702,将Z值划分为Ⅳ级。Z>1.8702 为地质灾害高易发区,有2945 个单元网格,占整个单元网格数的26.33%;Z值为1.3451~1.8702 为地质灾害中易发区,有单元网格4379个,占整个单元网格数的39.14%;Z值为0.9424~1.3451 为地质灾害低易发区,有单元网格1944 个,占整个单元网格数的17.38%;Z<0.9424为地质灾害不易发区,共有1790 个单元网格,占单元网格总数的17.15%,如图2所示。
图2 泰和县易发性指数值分布单元网格图
3 地质灾害易发性评价结果
地质灾害综合危险指数Z值得出的易发分区结果在一定程度上较离散,为了更好地反映泰和县地质灾害在区域上的一致性,将全县划分为145个流域,再根据流域内各类方格的占比,结合定性分析,划分出地质灾害易发性分区。将全县划分为20 个地质灾害易发性分区(见图3),其中,有6个地质灾害高易发区,面积1130.16km2,占全县面积的42.48%,区内有已发生地质灾害点487处,占全县灾害点总数的80.23%;中易发区6个,面积452.73km2,占全县面积的17.02%,区内有已发生地质灾害点49处,占全县灾害点总数的8.07%;低易发区5个,面积628.84km2,占全县面积的23.64%,区内有已发生地质灾害点30处,占全县灾害点总数的4.94%;不易发区3 个,面积448.57km2,占全县面积的16.86%,区内有已发生地质灾害点41 处,占全县灾害点总数的6.75%。
图3 泰和县地质灾害易发性评价结果图
4 结论与建议
(1)本次评价工作主要利用收集前人资料与县域1/50 000 地质灾害调查资料,在分析该区地质灾害发育强度与分布规律的基础上,选取地形坡度、地形地貌、地质构造、工程地质岩组、人类工程活动等5 项孕灾因子,采取层次分析的综合指数法进行的地质灾害易发程度评价。
(2)本次评价结果与该区地质灾害实际发生及分布情况基本吻合,反映出层次分析的综合指数法适合本区地质灾害易发性评价,其结果合理可靠,可作为地质灾害防治与工程建设的依据。
(3)建议泰和县在地质灾害中、高易发区进行工程建设时,必须对场地或线路进行更为详细的地质灾害危险性评估工作,以保障人民生命财产不受地质灾害破坏,避免损失。